হ্যালাইড পারভস্কাইটগুলি তাদের অসাধারণ অপ্টোইলেকট্রনিক বৈশিষ্ট্যের মাধ্যমে ফটোভোলটাইক্সে বিপ্লব ঘটিয়েছে, প্রাথমিকভাবে সৌর কোষে আন্তঃপৃষ্ঠ প্রকৌশলের মাধ্যমে অপ্টিমাইজ করা হয়েছে। যাইহোক, কার্যক্ষমতা প্রচলিত p-n জংশন পদার্থবিজ্ঞানের তাত্ত্বিক সীমার কাছাকাছি পৌঁছানোর সাথে সাথে, বিকল্প ফটোভোলটাইক প্রক্রিয়া অন্বেষণের জন্য জরুরি প্রয়োজন দেখা দিয়েছে। এই গবেষণাটি মিথাইলঅ্যামোনিয়াম লেড হ্যালাইড পারভস্কাইটে (MAPbBr3 এবং MAPbI3) ফ্লেক্সো-ফটোভোলটাইক (FPV) প্রভাব—একটি স্ট্রেইন গ্রেডিয়েন্ট দ্বারা চালিত বাল্ক ফটোভোলটাইক প্রভাব (BPVE)—তদন্ত করে। গবেষণাটি দেখায় যে এই উপকরণগুলি বেঞ্চমার্ক অক্সাইড SrTiO3-এর চেয়ে কয়েক গুণ বড় FPV প্রভাব প্রদর্শন করে এবং গুরুত্বপূর্ণভাবে, পর্যাপ্ত স্ট্রেইন গ্রেডিয়েন্টের অধীনে তাদের নিজস্ব ব্যান্ডগ্যাপের চেয়ে বেশি ফটোভোলটেজ তৈরি করতে পারে। এই কাজটি পরামর্শ দেয় যে স্ট্রেইন গ্রেডিয়েন্ট ইঞ্জিনিয়ারিং হ্যালাইড পারভস্কাইট ডিভাইসের কার্যক্ষমতা প্রচলিত সীমার বাইরে উন্নত করার জন্য একটি নতুন কার্যকরী দৃষ্টান্ত প্রদান করতে পারে।
ফ্লেক্সো-ফটোভোলটাইক প্রভাব বোঝার জন্য মৌলিক প্রতিসাম্য নীতি এবং বিদ্যমান ফটোভোলটাইক প্রক্রিয়াগুলিতে ভিত্তি প্রয়োজন।
ফটো-জেনারেটেড চার্জ বাহকগুলির (ফটোকারেন্ট) একটি নেট দিকনির্দেশক প্রবাহের জন্য স্থানিক ইনভার্সন প্রতিসাম্য ভঙ্গ প্রয়োজন। প্রচলিত সৌর কোষে, এই প্রতিসাম্য ভঙ্গ ঘটে p-n জংশন ইন্টারফেসে, যা ইলেকট্রন-হোল জোড়াকে পৃথক করে।
কিছু নন-সেন্ট্রোসিমেট্রিক (যেমন, পাইজোইলেকট্রিক) স্ফটিকে, স্থানিক ইনভার্সন প্রতিসাম্য বাল্ক উপাদানের ভিতরেই স্বাভাবিকভাবে ভঙ্গ হয়। আলোকসজ্জা একটি জংশনের প্রয়োজন ছাড়াই একটি স্থির-অবস্থার ফটোকারেন্ট তৈরি করতে পারে, যাকে বাল্ক ফটোভোলটাইক প্রভাব বলা হয়। শিফট কারেন্ট, একটি প্রধান প্রক্রিয়া, ফেনোমেনোলজিক্যালি বর্ণনা করা যেতে পারে।
ফ্লেক্সোইলেক্ট্রিসিটি একটি সর্বজনীন বৈশিষ্ট্য যেখানে একটি স্ট্রেইন গ্রেডিয়েন্ট ($\nabla \epsilon$) যেকোনো ডাইইলেকট্রিক উপাদানে একটি পোলারাইজেশন ($P$) প্ররোচিত করে: $P_i = \mu_{ijkl} \frac{\partial \epsilon_{jk}}{\partial x_l}$, যেখানে $\mu$ হল ফ্লেক্সোইলেকট্রিক টেনসর। একটি স্ফটিক বাঁকানো এমন একটি গ্রেডিয়েন্ট তৈরি করে, প্রতিসাম্য ভঙ্গ করে এবং একটি স্ট্রেইন-গ্রেডিয়েন্ট-চালিত BPVE সক্ষম করে, অর্থাৎ ফ্লেক্সো-ফটোভোলটাইক প্রভাব। এই প্রভাব তাত্ত্বিকভাবে বাঁকানো যেকোনো উপাদানে সম্ভব।
MAPbBr3 (MAPB) এবং MAPbI3-এর একক স্ফটিক সংশ্লেষিত করা হয়েছিল। বাণিজ্যিক SrTiO3 (STO) একক স্ফটিকগুলি একটি ফ্লেক্সোইলেকট্রিক বেঞ্চমার্ক হিসাবে কাজ করেছিল। স্ফটিকগুলির বিপরীত মুখে অভিন্ন Au ইলেকট্রোড জমা করে প্রতিসম ক্যাপাসিটর কাঠামো তৈরি করা হয়েছিল।
একটি নিয়ন্ত্রিত স্ট্রেইন গ্রেডিয়েন্ট প্রয়োগ করার জন্য স্ফটিকগুলিকে যান্ত্রিকভাবে বাঁকানো হয়েছিল। পার্শ্বীয় আলোকসজ্জা (MAPB-এর জন্য 405 nm LED, STO-এর জন্য 365 nm) নিশ্চিত করেছিল যে দুটি প্রতিসম ইলেকট্রোড থেকে ইন্টারফেস-সম্পর্কিত ফটোভোলটাইক অবদানগুলি বাতিল হয়ে যায়, বাল্ক প্রভাবটিকে বিচ্ছিন্ন করে। ফটোভোলটেজকে বাঁকানো বক্রতা (স্ট্রেইন গ্রেডিয়েন্ট) এবং আলোর তীব্রতা (1000 LUX পর্যন্ত) এর একটি ফাংশন হিসাবে পরিমাপ করা হয়েছিল।
হ্যালাইড পারভস্কাইট >> SrTiO3
> ব্যান্ডগ্যাপ অর্জনযোগ্য
FPV + নেটিভ BPVE
MAPbBr3 এবং MAPbI3-এ পরিমাপ করা ফ্লেক্সো-ফটোভোলটাইক প্রভাবটি রেফারেন্স অক্সাইড SrTiO3-এর চেয়ে কয়েক গুণ বড় পাওয়া গেছে। এটি হ্যালাইড পারভস্কাইটগুলিতে স্ট্রেইন গ্রেডিয়েন্ট এবং চার্জ বিচ্ছেদের মধ্যে অসাধারণভাবে শক্তিশালী সংযোগকে তুলে ধরে, যা তাদের উচ্চ ডাইইলেকট্রিক ধ্রুবক এবং আয়নিক গতিশীলতার জন্য দায়ী, যা ফ্লেক্সোইলেকট্রিক সহগগুলিকে বাড়ায়।
একটি ল্যান্ডমার্ক অনুসন্ধান হল যে পর্যাপ্ত বড় প্রয়োগকৃত স্ট্রেইন গ্রেডিয়েন্টের জন্য, উত্পন্ন ফটোভোলটেজ উপাদানের ব্যান্ডগ্যাপ ভোল্টেজকে অতিক্রম করতে পারে ($V_{ph} > E_g / e$)। এটি একক-জংশন সৌর কোষের জন্য প্রচলিত শকলি-কুইসার সীমাকে লঙ্ঘন করে, যা জংশন পদার্থবিজ্ঞানের উপর ভিত্তি করে, এবং বাল্ক-প্রভাব-ভিত্তিক শক্তি রূপান্তরের মৌলিকভাবে ভিন্ন এবং সম্ভাব্যভাবে উচ্চতর সিলিং প্রদর্শন করে।
MAPbI3-এ, ফ্লেক্সো-ফটোভোলটেজ একটি পূর্ব-বিদ্যমান, হিস্টেরেটিক নেটিভ বাল্ক ফটোভোলটেজের উপর আরোপিত ছিল। এই হিস্টেরেসিস উপাদানের বৈদ্যুতিকভাবে সুইচযোগ্য ম্যাক্রোস্কোপিক পোলারাইজেশন-এর সাথে সামঞ্জস্যপূর্ণ, যা ফেরোইলেকট্রিক (বা ফেরোইলেকট্রিক-সদৃশ) ডোমেইন এবং ফটোভোলটাইক প্রতিক্রিয়ার মধ্যে একটি সংযোগের পরামর্শ দেয়। প্রভাবগুলি সংযোজনশীল, বহু-প্রক্রিয়া উন্নতির সম্ভাবনা প্রদর্শন করে।
ফ্লেক্সো-ফটোভোলটাইক কারেন্ট ঘনত্ব $J_{FPV}$ কে উপাদান বৈশিষ্ট্য এবং পরীক্ষামূলক পরামিতিগুলির সাথে ফেনোমেনোলজিক্যালি সংযুক্ত করা যেতে পারে:
$J_{FPV} \propto \beta \cdot I \cdot \nabla \epsilon$
যেখানে $\beta$ হল একটি উপাদান-নির্দিষ্ট FPV সহগ যা ফ্লেক্সোইলেকট্রিক টেনসর এবং চার্জ বাহক পরিবহন বৈশিষ্ট্যগুলিকে অন্তর্ভুক্ত করে, $I$ হল আলোর তীব্রতা, এবং $\nabla \epsilon$ হল স্ট্রেইন গ্রেডিয়েন্ট। ওপেন-সার্কিট ফটোভোলটেজ $V_{oc}$ এই কারেন্ট এবং নমুনার অভ্যন্তরীণ রোধের সাথে সম্পর্কিত। ব্যান্ডগ্যাপের ঊর্ধ্বে ফটোভোলটেজের শর্তটি বোঝায় যে এই পারভস্কাইটগুলিতে $\beta \cdot \nabla \epsilon$ এর গুণফল $E_g/e$-এর চেয়ে বেশি সম্ভাব্য পার্থক্যের বিরুদ্ধে বাহকগুলিকে চালিত করার জন্য যথেষ্ট বড় হতে পারে। MAPbI3-এ হিস্টেরেটিক প্রতিক্রিয়া একটি সময়-নির্ভর পোলারাইজেশন $P(t)$-এর পরামর্শ দেয় যা অভ্যন্তরীণ ক্ষেত্রকে পরিবর্তন করে: $J_{total} \propto (\beta_{FPV} \cdot \nabla \epsilon + \gamma \cdot P(t)) \cdot I$, যেখানে $\gamma$ হল একটি সংযোগ সহগ।
নতুন PV প্রক্রিয়া মূল্যায়নের কাঠামো:
কেস স্টাডি প্রয়োগ: এই কাঠামোটি উপস্থাপিত কাগজে প্রয়োগ করা স্পষ্টভাবে এর কার্যকারিতা দেখায়: প্রতিসম কাঠামো বাল্ক প্রভাবটিকে বিচ্ছিন্ন করেছিল, বাঁকানো $\nabla \epsilon$ নিয়ন্ত্রণ করেছিল, STO একটি বেঞ্চমার্ক প্রদান করেছিল, এবং >$E_g$ $V_{oc}$-এর আবিষ্কার ছিল সীমা পরীক্ষার ফলাফল। হিস্টেরেটিক আচরণ নেটিভ পোলারাইজেশন অবস্থার তদন্তের দিকে পরিচালিত করেছিল।
এটি কেবল একটি ক্রমবর্ধমান দক্ষতা বৃদ্ধি নয়; এটি শকলি-কুইসার সীমার উপর একটি দৃষ্টান্ত আক্রমণ। লেখকরা কার্যকরভাবে একটি উপাদানের যান্ত্রিক বিকৃতি—এমন একটি ফ্যাক্টর যা সাধারণত নির্ভরযোগ্যতার দুঃস্বপ্ন হিসাবে বিবেচিত হয়—অস্ত্র হিসেবে ব্যবহার করেছেন এমন ফটোভোলটেজ তৈরি করতে যা তাত্ত্বিকভাবে একটি একক-ফেজ উপাদানে সম্ভব হওয়া উচিত নয়। তারা উচ্চতর দক্ষতার জন্য যুদ্ধকে ইন্টারফেসের ন্যানো-ইঞ্জিনিয়ারিং থেকে স্ট্রেইন ক্ষেত্রের ম্যাক্রো- এবং মাইক্রো-ইঞ্জিনিয়ারিং-এ সরিয়ে নিয়েছেন। প্রভাবগুলি গভীর: যদি একক-জংশন Si-এর জন্য সিলিং ~29% হয়, এবং পারভস্কাইটের জন্য ~31% হয়, তবে বিস্তারিত ভারসাম্য দ্বারা আবদ্ধ নয় এমন একটি প্রক্রিয়া একটি নতুন, অনির্ধারিত সিলিং খোলে।
যুক্তিটি অত্যন্ত তীক্ষ্ণ এবং রিডাকশনিস্ট। ১) জংশনের বাইরে নতুন PV পদার্থবিজ্ঞানের প্রয়োজন। ২) BPVE-এর মতো বাল্ক প্রভাবগুলি একটি বিকল্প। ৩) ফ্লেক্সোইলেক্ট্রিসিটি যেকোনো বাঁকানো উপাদানে একটি BPVE (FPV) প্ররোচিত করতে পারে। ৪) হ্যালাইড পারভস্কাইটগুলি চ্যাম্পিয়ন PV উপকরণ এবং অত্যন্ত ফ্লেক্সোইলেকট্রিক হিসাবে পরিচিত। ৫) অতএব, তাদের FPV পরীক্ষা করুন। ৬) ফলাফল: এটি অত্যন্ত বড় এবং ব্যান্ডগ্যাপ ভোল্টেজ বাধা ভঙ্গ করতে পারে। যুক্তির শৃঙ্খলটি নিরেট, একটি তাত্ত্বিক কৌতূহল (অক্সাইডে FPV) সবচেয়ে গরম PV উপাদান পরিবারে একটি সম্ভাব্য বিঘ্নিত প্রযুক্তিতে রূপান্তরিত করে।
শক্তি: পরীক্ষামূলক নকশাটি প্রভাবটিকে বিচ্ছিন্ন করার জন্য তার সরলতায় মার্জিত। >$E_g$ ফলাফলটি ধারণার সম্ভাবনার একটি শিরোনাম-ধরানো, দ্ব্যর্থহীন বৈধতা। একটি বেঞ্চমার্ক হিসাবে STO ব্যবহার করা অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ প্রসঙ্গ প্রদান করে। MAPbI3-এ নেটিভ পোলারাইজেশনের সাথে সংযোজনশীলতার পর্যবেক্ষণ বহু-পদার্থবিজ্ঞানের অপ্টিমাইজেশনের জন্য একটি সমৃদ্ধ খেলার মাঠের ইঙ্গিত দেয়।
দুর্বলতা ও ফাঁক: এটি একটি একক-স্ফটিক, মৌলিক বিজ্ঞান গবেষণা। ঘরের হাতি হল ব্যবহারিক বাস্তবায়ন। আপনি কীভাবে একটি নমনীয় সাবস্ট্রেটে একটি পাতলা-ফিল্ম সৌর কোষে ক্লান্তি বা ফ্র্যাকচার সৃষ্টি না করে বড়, নিয়ন্ত্রিত এবং স্থিতিশীল স্ট্রেইন গ্রেডিয়েন্ট প্রবর্তন করবেন? কাগজটি পাওয়ার রূপান্তর দক্ষতা (PCE) মেট্রিক্স সম্পর্কে নীরব—একটি উচ্চ ভোল্টেজ তৈরি করা এক জিনিস, কিন্তু দরকারী শক্তি (কারেন্ট x ভোল্টেজ) আহরণ করা আরেকটি। অবিচ্ছিন্ন আলোকসজ্জা এবং যান্ত্রিক চক্রের অধীনে প্রভাবের স্থায়িত্ব সম্পূর্ণরূপে অপ্রকাশিত, যেকোনো বাস্তব-বিশ্বের প্রয়োগের জন্য একটি গুরুত্বপূর্ণ বাদ।
গবেষকদের জন্য: পরবর্তী তাত্ক্ষণিক পদক্ষেপ হল এটি পাতলা ফিল্মে প্রদর্শন করা। স্ট্রেইন ইঞ্জিনিয়ারিংয়ে দক্ষ দলের সাথে অংশীদারিত্ব করুন (যেমন, মিসম্যাচড সাবস্ট্রেট, কোর-শেল ন্যানো পার্টিকেল, বা প্যাটার্নড স্ট্রেসর স্তর ব্যবহার করে)। সম্পূর্ণ J-V বক্ররেখা পরিমাপ করুন এবং একটি FPV-অবদানকৃত PCE রিপোর্ট করুন। অন্যান্য হাইব্রিড পারভস্কাইট এবং 2D বৈকল্পিকগুলি অন্বেষণ করুন যাদের আরও উচ্চতর ফ্লেক্সোইলেকট্রিক সহগ থাকতে পারে।
বিনিয়োগকারীদের জন্য: এটি একটি উচ্চ-ঝুঁকি, উচ্চ-পুরস্কার, প্রাথমিক-পর্যায়ের বাজি। পরবর্তী 5 বছরে বাণিজ্যিক ডিভাইস আশা করবেন না। যাইহোক, সেই দলগুলিকে তহবিল দিন যারা উপাদান সংহতকরণ এবং যান্ত্রিক প্রকৌশল চ্যালেঞ্জগুলি মোকাবেলা করছে। PV মডিউলগুলিতে ডিজাইন করা স্ট্রেইন গ্রেডিয়েন্ট এম্বেড করার পদ্ধতিগুলির চারপাশের IP অত্যন্ত মূল্যবান হতে পারে যদি দক্ষতার দাবিগুলি বৃহৎ আকারে ধরে রাখে।
শিল্পের জন্য: এটিকে একটি দীর্ঘমেয়াদী কৌশলগত বিকল্প হিসাবে দেখুন। নিকট-মেয়াদী স্থাপনার জন্য আন্তঃপৃষ্ঠ পারভস্কাইট সৌর কোষ (PSCs) অপ্টিমাইজ করা চালিয়ে যান, কিন্তু একটি ছোট, চটপটে R&D দল বরাদ্দ করুন বাল্ক-প্রভাব ধারণাগুলি ট্র্যাক করতে এবং পরীক্ষা করতে। সম্ভাব্য পুরস্কার—মৌলিকভাবে উচ্চতর দক্ষতা সীমা সহ একটি সৌর কোষ—একটি পোর্টফোলিও পদ্ধতিকে ন্যায়সঙ্গত করে।